电解水制氢产业是新能源发展领域的重要组成部分,但全解水的反应效率较低,难以实现大规模商业化应用。目前,贵金属基材料依然是具有最高活性的电解水催化剂,但储量较低、价格昂贵等弊端制约了其进一步发展。因此,开发成本较低、催化活性和稳定性较好的非贵金属催化剂是解决电解水制氢发展瓶颈的关键方向。基于上述问题,本论文通过设计可控的制备过程,在泡沫金属表面构建纳米结构,分别制备了Cu基和Ni基的自支撑型催化剂,通过调控组成成分进一步优化催化剂的电子结构,提高催化活性,并对其催化过程进行了深入的分析。利用阳极氧化-高温磷化在泡沫铜基体上负载了Cu3P纳米线阵列,并在Cu3P表面电沉积NiX（OH）x纳米片构建异质界面,制备了NiX（OH）x@Cu3P/CF（X为Co/Fe）碱性电解水催化剂。研究了不同实验参数对催化剂形貌的影响。分析了催化剂表面晶面构型和组成成分。电化学测试发现Ni Co（OH）x@Cu3P/CF和Ni Fe（OH）x@Cu3P/CF催化剂在碱性电解液中表现出优异的催化活性,在电流密度为10 m A cm-2时,HER和OER的过电势分别为79 m V和202 m V,并可以维持24h的全解水催化稳定性。实验结果表明NiX（OH）x@Cu3P/CF催化剂具有较快的电荷转移速率、较大的电化学活性表面积、良好的本征催化活性及优异的亲水性和疏气性。理论计算证明纳米线阵列结构能调节催化剂的表面微环境,改善电解水过程电流分布情况。本论文以反应平衡电势更低的尿素氧化反应取代析氧反应,进一步降低电解水反应能耗。采用水热-高温磷化两步法在泡沫镍基体上均匀负载了NiMoCuP纳米棒（NiMoCuP/NF）,进一步增加催化剂电化学活性表面积。催化剂的物理表征结果表明Cu的掺杂不改变催化剂的晶面构型。对催化反应前后的样品进行表征,结果表明催化过程中催化剂表面原位生成了更多的的Ni3+、Cu2+和Mo6+,提高了NiMoCuP/NF催化剂的本征催化活性。电化学测试结果表明NiMoCuP/NF催化剂在碱性电解液中具有优异的催化活性和稳定性,当阳极电流密度为10 m A cm-2时,阳极电势为1.356 V,优于大部分已报道的析氧反应催化剂。电化学极化曲线测试结果表明,Cu元素的掺杂能够调控催化剂电子结构,改善单位催化活性位点的本征催化活性。此外,组装的太阳能供电电解水装置也表现出广泛的应用前景。